第五章中斷技術(shù).ppt

1、第五章 中斷技術(shù),第五章 中斷技術(shù),本章內(nèi)容,5.1 中斷的基本概念 5.2 IBM-PC微機中斷系統(tǒng) 5.3 可編程中斷控制器8259A 5.4 8259A在微機系統(tǒng)中的應(yīng)用 實驗內(nèi)容 本章要點,5.1 中斷基本概念,本節(jié)內(nèi)容,基本概念 中斷源與中斷識別 中斷向量與中斷向量表 中斷類型號與中斷向量指針 中斷向量的裝入(填寫) 中斷向量的修改 中斷優(yōu)先級排隊方式 中斷嵌套,章內(nèi)容提要,5.1 中斷基本概念,一、中斷基本概念,定義：CPU暫?，F(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)而處理隨機到來的事件，待處理完后再回到被暫停的程序繼續(xù)執(zhí)行，這個過程就是中斷。,中斷過程：,中斷處理的隱操作：程序狀態(tài)及程序斷點地址的進棧及出棧

2、。,節(jié)內(nèi)容提要,章內(nèi)容提要,指令中斷：INT 10H、INT 21H等,2）中斷識別：確定中斷源，實現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移,向量中斷：中斷向量、中斷號,外設(shè)中斷：鍵盤、打印機、顯示器等,硬件故障中斷：奇偶錯、電源故障等,程序性中斷：除法溢出、非法操作碼等,查詢中斷：軟、硬件查詢確定中斷源,二、 中斷源與中斷識別,節(jié)內(nèi)容提要,三、 中斷向量、中斷向量表,1.中斷向量：（中斷矢量）是中斷服務(wù)程序的入口地址（CS、IP）， 2.中斷向量表：存放中斷向量的內(nèi)存區(qū)域。 PC機的中斷向量表支持256（編號00H - FFH ）個中斷，256個中斷號的中斷向量占用4256=1024存儲單元，它位于存儲器的最低1K字節(jié)（

3、000000003FFH）。,中斷號表：80頁 表5.1 了解,節(jié)內(nèi)容提要,類型號：8位，N=00FFH,四、 中斷類型號、中斷向量指針,中斷向量表示意圖 結(jié)合81頁 圖5.1,中斷向量指針,中斷向量指針：PA=4*N,節(jié)內(nèi)容提要,五、 中斷向量的裝入,開機時自動裝入，有些單板機和實驗裝置未自動裝入，需要程序員裝入中斷向量。,例1：中斷號60H，服務(wù)程序段基址SEG_INTR,偏移地址OFFSET_NITR (006DH),填寫中斷向量表。,CLI CLD MOV AX，0 MOV ES，AX MOV DI，4*60H MOV AX， OFFSET_NITR,STOSW MOV AX，SEG_

4、INTR STOSW STI,節(jié)內(nèi)容提要,方法2：直接寫入 CLI CLD MOV AX，0 MOV ES，AX MOV BX，4*60H MOV AX， 006DH MOV ES：BX，AX ；先裝偏移地址 PUSH CS POP AX ；取中斷服務(wù)程序基地址 MOV ES：BX+2，AX STI,節(jié)內(nèi)容提要,節(jié)內(nèi)容提要,利用INT21H中的功能號35H和25H INT21H調(diào)用：子程序號（功能號）送AH，子程序入口參數(shù)送指定寄存器。,DOS中斷21H功能25H,就是將中斷服務(wù)程序的入口地址置于中斷向量表中,格式如下: 入口參數(shù): AH=25H AL=要設(shè)置的中斷號 DS=中斷服務(wù)程序入口段

5、址 DX=中斷服務(wù)程序入口偏移地址,六、改寫中斷向量,節(jié)內(nèi)容提要,DOS中斷21H功能35H, 將一個中斷號的地址讀出作為返回值，參數(shù)和返回值格式如下: 入口地址: AH=35H AL=中斷號 返回值: ES=中斷服務(wù)程序的入口段址 BX=偏移量,例3、假設(shè)原中斷號為N，新中斷服務(wù)程序入口地址段基址為SEG_INTR 偏移量為OFFSET_INTR 。 程序見下頁,節(jié)內(nèi)容提要,MOV AH, 35H ;取原中斷向量 MOV AL, NH INT 21H MOV OLD_OFF, BX ；保存原中斷向量 MOV BX, ES MOV OLD_SEG, BX ： MOV AH, 25H ；設(shè)置新中

6、斷向量 MOV AL, NH MOV DX, SEG_NITR MOV DS, DX MOV DX, OFFSET_INTR INT 21H ： MOV AH, 25H ；恢復(fù)原中斷向量 MOV AL, NH MOV DX, OLD_SEG MOV DS, DX MOV DX, OLE_OFF INT 21H,節(jié)內(nèi)容提要,七、 中斷優(yōu)先級,原則：按機器故障、DMA、外圍硬件、軟件遞減。,結(jié)果：CPU專用DMA外圍硬件BIOSDOS自由。,即基本按中斷向量表排序。,外圍硬件一般可由用戶修改其優(yōu)先權(quán)。 優(yōu)先級固定方式（07）；循環(huán)輪流方式（指定最低、不指定）,八、中斷嵌套 完全嵌套方式、特定完全嵌

7、套方式 后邊結(jié)合8259介紹,節(jié)內(nèi)容提要,5.2 IBM微機中斷系統(tǒng)（83頁）,本節(jié)內(nèi)容,分類：硬中斷(外部中斷)、軟中斷(內(nèi)部中斷),章內(nèi)容提要,一、硬件中斷,特殊中斷對應(yīng)中斷號： 0除數(shù)為0；1單步中斷； 3斷點； 4溢出中斷,1 不可屏蔽中斷NMI,2 可屏蔽中斷INTR,節(jié)內(nèi)容提要,1.不可屏蔽中斷NMI,中斷請求：中斷請求的信號送到CPU的NMI引腳。,NMI由0跳變到1以后要維持至少4個連續(xù)的處理器時鐘周期的高電平才被識別。 NMI由1跳變到0以后要維持至少4個連續(xù)的處理器時鐘周期的低電平，新的NMI中斷才能被識別。,不可屏蔽：不受IF狀態(tài)影響 類型號固定：02H 有效信號：上升沿

8、,緊急故障處理：RAM奇偶校驗錯、I/O通道校驗錯、協(xié)處理器運算錯,節(jié)內(nèi)容提要,節(jié)內(nèi)容提要,NMI信號產(chǎn)生邏輯圖,向A0H端口寫入80H則Q=1，即開啟與門，允許請求,2. 可屏蔽中斷INTR,中斷請求：中斷請求的信號（高有效）送到CPU的INTR引腳。,可屏蔽：IF=1,開放;IF=0,屏蔽 類型號由8259A提供(PC機08H0FH) 有效信號：高電平,節(jié)內(nèi)容提要,INTR的處理過程,可以參見書85頁圖5.3 INTR的處理過程,節(jié)內(nèi)容提要,二、軟中斷（CPU不需要進行中斷識別，直接處理中斷。）,1）雙字節(jié)指令形式的中斷(INT n),ROM-BIOS中斷：INT 10H;INT 16H等

9、 DOS中斷：INT 21H;INT 20H等 未定義中斷：INT 60H;INT 78H等,節(jié)內(nèi)容提要,除數(shù)為0中斷（0 ）：除數(shù)為0或商超出范圍 單步中斷(1)：TF=1，調(diào)試時候使用 斷點中斷(3)：軟件提供中斷服務(wù)程序，用于調(diào)試 溢出中斷(4)：OF=1，指令I(lǐng)NTO,2）特殊中斷,節(jié)內(nèi)容提要,單步中斷設(shè)置與溢出中斷舉例,設(shè)（AL）72H，在分別執(zhí)行完ADD AL，63H和ADD AL，97H后，執(zhí)行INTO結(jié)果如何？,節(jié)內(nèi)容提要,三、硬中斷與軟中斷的比較,節(jié)內(nèi)容提要,1、中斷申請,8086/8088CPU用INTR引腳和NMI引腳接收硬件中斷請求信號。 對于軟件中斷源，在CPU內(nèi)部由

10、中斷指令或程序出錯直接引發(fā)中斷。 硬件中斷請求可以用CLI來禁止。,四、中斷處理過程,CPU在每條指令最后一個T內(nèi)檢測INTR；若為高電平, IF=1,且無DMA請求,當(dāng)前指令執(zhí)行完進入響應(yīng)階段,節(jié)內(nèi)容提要,在8086/8088系統(tǒng)中可以用CLI和STI指令來設(shè)置IF，禁止或允許來自INTR可屏蔽中斷請求引腳的中斷申請。 中斷請求標志 對應(yīng)每個外設(shè)有一位，用來紀錄外設(shè)的中斷請求狀態(tài)。有請求時置1，中斷處理完后清0。 在PC機中，用8259A來管理外設(shè)的中斷請求，而在8051系列的單片機中，該標志也在CPU內(nèi)部。,2、中斷響應(yīng),1）.保護斷點,2）.取得中斷類型號,對外部硬件中斷通過中斷響應(yīng)周期

11、取得中斷類型號。,通過堆棧及相關(guān)硬件實現(xiàn)EFLAGS、CS、EIP的保護。并清除IF和TF。,3）.取得中斷服務(wù)程序入口地址,對向量中斷，通過中斷類型號查中斷向量表(32位機器查中斷描述符表取得),3、執(zhí)行中斷服務(wù)程序,節(jié)內(nèi)容提要,4、中斷返回,中斷返回用IRET指令。 這條指令能自動將保存在堆棧中的IP、CS、標志寄存器EFLAGS依次彈出堆棧（共6字節(jié)），使程序又回到中斷前的地址繼續(xù)執(zhí)行。,節(jié)內(nèi)容提要,CPU響應(yīng)中斷條件：,當(dāng)前指令執(zhí)行完畢； EFLAGS中IF=1； INTR信號有效。,DMA傳送方式比中斷方式速度快(響應(yīng)與傳送)。,五、中斷響應(yīng)周期,節(jié)內(nèi)容提要,中斷響應(yīng)周期圖示,節(jié)內(nèi)容

12、提要,本節(jié)內(nèi)容,8259A協(xié)助CPU完成的工作 8259A的外部特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8259A的工作方式 8259A的編程命令及中斷操作功能,5.3 Intel 8259A,章內(nèi)容提要,一、8259A主要任務(wù),接收外部的中斷請求：一片可管理8級中斷;多級級聯(lián)最多管理64級,管理外部中斷請求：排隊、判優(yōu)、屏蔽、嵌套,向CPU產(chǎn)生中斷請求INTR,進行中斷結(jié)束處理,接受CPU命令及返回狀態(tài)：接受命令、查詢中斷狀態(tài),向CPU提供中斷類型號,節(jié)內(nèi)容提要,二、 8259A引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu),1.8259A引腳,CPU側(cè)：,DB0DB7；,外設(shè)側(cè)：,IR0IR7；,級聯(lián)：,節(jié)內(nèi)容提要,面向CPU的信號（14）,A

13、0：端口選擇信號；輸入,節(jié)內(nèi)容提要,面向同類芯片的信號（4）,節(jié)內(nèi)容提要,2.8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu),接口電路：CPU接口、I/O接口。,節(jié)內(nèi)容提要,1、IRR：請求寄存器， 8位,可讀，寄存有請求的中斷級,IRi有請求,IRRi=1 ?？捎蒓CW3讀出,2、ISR:(正在)服務(wù)寄存器。 8位,可讀， IRi被響應(yīng)且未服務(wù)完,ISRi=1,ISR可能多位同時為1。第一個INTA信號建立，非自動中斷結(jié)束情況下需要由OCW2發(fā)EOI命令。,3、IMR：中斷屏蔽寄存器OCW1， 8位,可讀可寫， IMRi=1,IRi被屏蔽,4、PR：優(yōu)先權(quán)分析器見下頁圖，由IRR、IMR、ISR的狀態(tài)確定INT引腳的輸

14、出,5、級聯(lián)緩沖器/比較器：級聯(lián)時傳送級聯(lián)代碼； 緩沖方式控制傳送方向,節(jié)內(nèi)容提要,內(nèi)部邏輯：IRR、IMR、PR、ISR及控制電路。,節(jié)內(nèi)容提要,讀寫控制邏輯,中斷類型號的讀取不是讀寫邏輯控制的,節(jié)內(nèi)容提要,1）中斷觸發(fā)方式,2）連接系統(tǒng)總線的方式,3）中斷屏蔽的方式,4）優(yōu)先級排隊的方式,三、8259A工作方式,節(jié)內(nèi)容提要,5）中斷嵌套方式,6）中斷結(jié)束的方式,中斷請求方式：初始化設(shè)置,邊沿觸發(fā)方式：正跳變向8259A請求中斷。 電平觸發(fā)方式：高電平向8259A請求中斷，響應(yīng)中斷后要及時清除高電平。以免引起二次誤中斷。 查詢中斷方式：外設(shè)向8259A請求中斷，但8259A不向CPU發(fā)中斷請

15、求信號INT。,節(jié)內(nèi)容提要,連接總線與級聯(lián)方式：非緩沖初始化設(shè)置,節(jié)內(nèi)容提要,屏蔽方式：內(nèi)部特性,內(nèi)部特性：自動屏蔽低于自己優(yōu)先級的IR。,正常屏蔽：IMR中相應(yīng)位置位；OCW1,特定屏蔽：開放比自己優(yōu)先級低的IR。OCW3,優(yōu)先級管理方式：固定優(yōu)先權(quán),內(nèi)部特性：IR0IR7的優(yōu)先級為一循環(huán)隊列。,固定優(yōu)先權(quán)：從IR0IR7降序；,輪轉(zhuǎn)優(yōu)先權(quán)：,自動輪轉(zhuǎn)：剛被服務(wù)的IR的優(yōu)先級降至最低；,指定輪轉(zhuǎn)：初始優(yōu)先級07、以后指定的IR的優(yōu)先級最高，服務(wù)后降至最低。以后按NN+1的順序,節(jié)內(nèi)容提要,嵌套方式：全嵌套,全嵌套：禁止同優(yōu)先級或低優(yōu)先級請求發(fā)生；,特殊全嵌套：開放同級，禁止低優(yōu)先級請求,應(yīng)用

16、：級聯(lián)時主片特殊全嵌套，從片全嵌套。,結(jié)束方式：自動,自動：中斷響應(yīng)后ISR中最高優(yōu)先級位自動復(fù)位；,非自動：中斷服務(wù)程序返回前，需要處理程序發(fā)出對ISR中相應(yīng)位復(fù)位的中斷結(jié)束命令；,不指定方式：ISR中最高優(yōu)先級位復(fù)位；,指定方式：命令中指定的ISR中相應(yīng)位復(fù)位。,節(jié)內(nèi)容提要,四、8259A的操作功能及命令,I/O端口地址：只提供二個端口(使用A0區(qū)別)；,命令：初始化-ICW1、ICW2、ICW3、ICW4， 操 作-OCW1、OCW1、OCW3。,狀態(tài)：IRR、ISR、IMR、查詢字。,I/O端口操作沖突時解決方法：,信息字中有空閑位時：特征位方法；,信息字中無空閑位時：時序方法。,節(jié)內(nèi)

17、容提要,Initialization Command Word Operation Command Word,讀,讀,寫,寫,操作,0A1H,0A0H,0A1H,0A0H,PIC2,IMR,查詢字,IRR，ISR,OCW1,ICW2ICW4,OCW3,OCW2,ICW1,內(nèi)容,無,初始化后,01*,00*,D4D3D2,無,OCW3決定,ICW2ICW4,無,時序,無,21H,無,20H,無,21H,1*,20H,特征位,PIC1,8259A命令關(guān)系表：,注：ICWx只有在初始化過程中才會出現(xiàn)。,節(jié)內(nèi)容提要,(1)初始化命令I(lǐng)CW1,特征位：D4=1；,ICW4主要設(shè)定嵌套、緩沖、結(jié)束方式，缺

18、省值為全嵌套、非緩沖、自動結(jié)束方式。,節(jié)內(nèi)容提要,(2)初始化命令I(lǐng)CW2,時序：ICW2ICW3ICW4。,IRi的中斷類型號 = ICW2的高5位+i,例：如果ICW2為08H，則 IR3的中斷類型號（中斷向量）為08H+03H=0BH。,節(jié)內(nèi)容提要,(3)初始化命令I(lǐng)CW3,級聯(lián)方式結(jié)構(gòu)：,節(jié)內(nèi)容提要,級聯(lián)方式結(jié)構(gòu)設(shè)置：,需要分別對主片和從片進行設(shè)置。,主片：S7S0分別對應(yīng)相應(yīng)的IRi的引腳，為1的位對應(yīng)的引腳接有從片；,從片：ID2ID1ID0的編碼=i,說明該從片掛在主片的IRi上,節(jié)內(nèi)容提要,主 片：OUT 21H，14H,從片1：OUT 0A1H，04H,從片2：OUT 2B1

19、H，02H,級聯(lián)方式中斷請求及響應(yīng)過程：,主片請求：與非級聯(lián)一致。,從片請求：與非級聯(lián)一致，但其INT送到主片，服從主片的請求規(guī)則。,節(jié)內(nèi)容提要,級聯(lián)方式舉例,級聯(lián)方式舉例,級聯(lián)方式的硬件連接,級聯(lián)方式下工作過程,ICW3,主片、從片1、從片2的ICW3分別為：24H、02H、05H,CPU的操作與單片無區(qū)別,(4)初始化命令I(lǐng)CW4,節(jié)內(nèi)容提要,特定完全嵌套方式(用于級聯(lián)系統(tǒng)的主片),開放同級和高級中斷,上例中,主片若采用特定完全嵌套方式,則允許D打斷B的服務(wù),給主片送EOI的條件:從片ISR=00H,Special fully nested mode,(5)操作命令OCW1（設(shè)置IMR）,

20、特征位：無，時序：無。,特殊屏蔽：通過OCW3設(shè)置。,節(jié)內(nèi)容提要,如開放IR1、IR7; 屏蔽IR3、IR6;其他不變（IMR可讀可寫）,(6)操作命令OCW2,節(jié)內(nèi)容提要,例：OUT 20H，20H的含義？,節(jié)內(nèi)容提要,如:不指定EOI MOV AL,20H OUT 20H,AL,指定EOI (清除ISR4) MOV AL,64H OUT 20H,AL,(7)操作命令OCW3,節(jié)內(nèi)容提要,ESMM=1,特定屏蔽方式允許 Enable Special Mask Mode,P=1, poll 查詢中斷（輪詢）,RR=1,讀寄存器選擇有效 Read Reg,特定屏蔽方式(開放低級中斷),查詢式中斷

21、,讀寄存器,特定屏蔽方式,返回,自動清是清優(yōu)先級最高的，如不指定則會自動清IR3在ISR中的標記。,查詢式中斷,不需要接收中斷請求,CPU查詢8259A,發(fā)查詢命令(P=1的OCW3)后讀查詢字(A0=0),再根據(jù)查詢字內(nèi)容確定中斷源,查詢字格式,I=1時,W2W1W0是當(dāng)前有請求的優(yōu)先級最高的中斷級編碼,必須送，但可取任意值,返回,讀寄存器,讀IMR:直接對A0=1端口進行讀 讀IRR、ISR:先選擇(用RR=1的OCW3)，再讀,初始為IRR,讀IMR IN AL,21H,讀IRR MOV AL,0AH OUT 20H,AL IN AL,20H 讀ISR MOV AL,0BH OUT 20

22、H,AL IN AL,20H,返回,本節(jié)內(nèi)容,8259A編程命令的使用 8259A初始化編程,5. 4 微機中8259A應(yīng)用,章內(nèi)容提要,1. 8259A編程命令的使用,ICW:初始化時,按順序接收24個,OCW:工作過程中,動態(tài)控制,節(jié)內(nèi)容提要,章內(nèi)容提要,2. 8259A初始化編程,早期PC機單片系統(tǒng),286以上PC機雙片級聯(lián)系統(tǒng),日時鐘,串口2,串口1,硬盤,軟盤,打印機,端口地址:20H、21H;邊沿觸發(fā);完全嵌套; 固定優(yōu)先級;非緩沖;中斷類型號:08H0FH,章內(nèi)容提要,節(jié)內(nèi)容提要,INTM00EQU 020H;8259A端口0 INTM01EQU021H;8259A端口1 MOV

23、AL, 00010011B;ICW1：邊沿觸發(fā)，要ICW4； ;單片方式，不要ICW3。 OUTINTA00, AL MOVAL, 00001000B;ICW2：設(shè)置中斷向量，起始的 ;中斷向量為08H。 OUTINTA01, AL MOVAL, 00000001B;ICW4：非緩沖，全嵌套，非自 ;動中斷結(jié)束(EOI)。 OUTINTA01, AL ,章內(nèi)容提要,節(jié)內(nèi)容提要,286以上PC機雙片級聯(lián)系統(tǒng),從片連在主片的IR2上;主從片級聯(lián)信號互連 端口地址,主片:20H、21H;從片:0A0H、0A1H 邊沿觸發(fā);完全嵌套; 固定優(yōu)先級;非緩沖;中斷類型號, 主片:08H0FH; 從片:70

24、H77H,初始化編程,節(jié)內(nèi)容提要,雙片級聯(lián)系統(tǒng)初始化編程,初始化編程(主),初始化編程(從),章內(nèi)容提要,節(jié)內(nèi)容提要,INTA00EQU 020H;主8259A端口0 INTA01EQU021H;主8259A端口1 MOVAL, 00010001B;ICW1：邊沿觸發(fā)，要ICW4;級聯(lián)方式，要ICW3。 OUTINTA00, AL JMPSHORT $+2;I/O端口延時 MOVAL, 00001000B;ICW2：設(shè)置主片的中斷向量，起始的中斷向量為08H OUTINTA01, AL JMPSHORT $+2 MOVAL, 00000100B;ICW3：表示從8259A的INT輸出是連接到主

25、片的IR2。 OUTINTA01, AL JMPSHORT $+2 MOVAL, 00000001B;ICW4：非總線緩沖，全嵌套，非自動中斷結(jié)束(EOI) OUTINTA01, AL JMPSHORT $+2 ,章內(nèi)容提要,對主片8259A的初始化,節(jié)內(nèi)容提要,INTB00EQU 0A0H;從8259A端口0 INTB01EQU0A1H;從8259A端口1 MOVAL, 00010001B;ICW1邊沿觸發(fā)，要ICW4;級聯(lián)方式，要ICW3。 OUTINTB00, AL JMPSHORT $+2 MOVAL, 01110000B;ICW2：設(shè)置從片的中斷向量，起始的中斷向量為70H OUTI

26、NTB01, AL JMPSHORT $+2 MOVAL, 00000010B;ICW3：設(shè)置從片的識別標志，指定對應(yīng)主片的IR2。 OUTINTB01, AL JMPSHORT $+2 MOVAL, 00000001B;ICW4：非總線緩沖，全嵌套，非自動中斷結(jié)束。 OUTINTB01, AL JMPSHORT $+2 ,對從片8259A的初始化,章內(nèi)容提要,節(jié)內(nèi)容提要,作業(yè)： 112頁2、 5、6、12 補充： 1、響應(yīng)外部中斷IRQ7 時，執(zhí)行中斷服務(wù)程序IRQ7，顯示字符7（可以省略），執(zhí)行10次中斷后退出。 要求：需要初始化8259，單片，需要ICE4，功能號從08H開始，,節(jié)內(nèi)容提

27、要,主程序開始段： STACK SEGMENT STACK DW 64 DUP(?) STACK ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE START: PUSH DS MOV AX,0000H MOV DS,AX ；設(shè)置IRQ7向量表 CLI ；關(guān)中斷 POP DS （ ）；三條指令，開7 號中斷 MOV CX,000AH ；設(shè)置中斷次數(shù)10次,節(jié)內(nèi)容提要,A1:CMP CX,0000H JNZ A2 IN AL,21H OR AL,80H OUT 21H,AL STI HLT A2:STI JMP A1 ；中斷服務(wù)程序如下（顯示7程序段）： IRQ7:MOV AX,0137H ；INT10H功能 AH=01H INT 10H ；AL=帶顯示字符ASCII編 MOV AX,0120H INT 10H （ ） ；需要大家寫的清ISR指令2條 CODE ENDS END START,節(jié)內(nèi)容提要,2、執(zhí)行住程序顯示“main”，若有中斷請求，則顯示對應(yīng)中斷號碼“6”或“7”，低級中斷可以被高級中斷打斷（IRQ6IRQ7）,節(jié)內(nèi)容提要,主程序開始段 STACK SEGMENT STACK DW 64 DUP(